基于膨胀夹头式ADU的机翼高效制孔技术研究

基于膨胀夹头式ADU的机翼高效制孔技术研究

王璐颖

中航西安飞机工业集团股份有限公司   陕西省西安市阎良区   710089

【内容摘要】：随着航空装备的快速发展，传统手工制孔方式已经不能满足现代化飞机装配制孔需求，如何根据飞机装配典型应用工况，在保证孔径、锪窝精度前提下，采用先进高效半自动制孔技术成为急需突破的关键技术。本文从自动进给钻的实际应用出发，研究膨胀夹头式自动进给钻配套刀具、进给与转速和叠层厚度等因素对制孔精度的影响，工装工具最优配套，为膨胀夹头式自动进给钻在航空装配制孔的推广应用提供一定的技术参考。

【关键词】：翼盒装配；自动进给钻；膨胀夹头式；工装工具配套

1、引言

随着国内外数字化装备应用技术的不断成熟，某机翼翼盒装配方式诸如手工制孔，定距钻等大型工具制孔技术逐渐落后，不但制孔效率低，浪费劳动力，而且极易造成产品质量问题。由于定距钻制孔精度限制，无法一步到位，还需要手铰一刀才能完成制孔，且定距钻较为笨重，不易操作，手工钻扩铰的制孔流程，所需刀具较多，流程繁琐，操作者劳动强度大，制孔效率低。并且目前膨胀夹头式自动进给钻在国内应用较少，且缺少对其配套刀具、工具转速、应用边界等技术的研究，针对上述问题，本文基于航空装备制孔对膨胀夹头式自动进给钻的应用技术进行了研究。

2、技术背景

自动进给钻在飞机装配制孔技术中得到广泛的应用，其中与工具配套的刀具、工具与钻模板配合的精度成为关键技术, 膨胀夹头式自动进给钻的优势在于刀具采用后定位形式，无需定制导套即可通过膨胀夹头气动控制与钻模夹紧配合，将膨胀夹头插入钻模板即可实现定位功能，可以进行钻锪、铰锪一体刀实现制孔锪窝一次完成。鉴于定距钻缺点，综合目前自动制孔工具的应用情况，可考虑应用膨胀夹头式SECI-TEC同心钻进行制孔的方案。该工具配合钻铰复合刀可满足钻铰锪一次到终孔的要求，满足0.05mm的制孔公差。且该工具较为轻便，重量在2.5kg以内，操作便捷，其制孔马达较为强劲，单个孔制孔时间仅为定距钻的1/4。

3、制定试验计划

通过分析选取翼盒典型结构，开展同心钻制孔研究工作，确定工艺试验方案、试验指标和操作要求。

3.1工具的选用

选择自动进给钻时，在功率满足的条件下，根据被加工材料及孔径大小确定工具的转速与进给，当有异质材料叠层时，因自动进给钻不具备变转速和变进给量功能，因此在选用工具参数时，遵循“就难”原则，即以“最难”加工材料为准，确定进给与转速。膨胀夹头式工具主要适用于翼盒壁板等小区率、开敞空间，适配通孔式钻模的快速制孔，相较于传统的转为卡口形式，具有快速一键式锁死、同心度高的优势。且其钻模结构形式简单，仅需保证法向孔孔位及轴线即可实现孔位找正，实现制孔、锪窝一体化制备，一刀加工至终孔，解决大多在制孔后仍需要用铰刀、锪窝钻进行补加工的现状，进一步提高制孔稳定性和制孔效率。

同时结合自动进给工具的拓展应用，建立了一套完整的标准化工具/工装防差错体系。钻孔工具涂色区别代表了它要钻的孔的尺寸，提高取用效率，钻模也做对应颜色标记，不同孔径进行不同的钻模内径设计，与工具配合实现物理防错。

3.2刀具的选用

基于膨胀夹头式自动进给钻的结构特点，刀具与主轴仅通过柄部螺纹连接，刀具前端无导套进行配合支撑，制孔时刀具柄部承受较大扭矩，因此刀具的硬度和强度成为影响制孔的关键因素。为防止制孔时刀具柄部发生变形，影响制孔质量和稳定性，通过焊接试验，最终选取CrWMn作为膨胀夹头式自动进给钻刀具的柄部材料，并对相关工艺规程进行优化改进。针对终孔铰锪一刀加工问题，梳理对应的孔径大小及公差范围、叠层材料及厚度、锪窝参数以及对应的自动进给钻结构形式，对刀具的相关参数进行设计，并进行了试验验证以及飞机产品应用验证，孔径尺寸在公差范围内，且孔径光洁度质量良好，实现了终孔孔径的一刀制孔，提高了制孔效率。

在钻模板与膨胀夹头配合良好的条件下，采用单一变量原则，使用不同形式刀具，在不同材料厚度、孔径下制孔，统计制孔孔径数据，分析钻模板配合精度、加工材料厚度、刀具形式对孔径稳定性的影响，总结出了不同材料和孔径下的膨胀夹头式自动进给钻的加工策略和应用场景。

经试验验证，膨胀夹头式自动进给钻在钻模板配合精度较好的情况下制孔稳定性好，孔径光度满足制孔需求。推广应用条件如下：

①当被加工材料为铝、铜合金时，孔径公差≥0.05mm，叠层厚度≤25mm，孔径≤18mm时，可采用一刀钻铰或钻锪方式制孔；

②当被加工材料为铝、铜合金时，孔径公差≥0.05mm，叠层厚度＞25mm，孔径＞18mm时，可采用钻铰+铰锪方式制孔；

③当被加工材料为钛合金、不锈钢、合金钢时，孔径公差孔径公差≥0.05mm，叠层厚度≤25mm，孔径≤16mm时，可采用一刀钻铰制孔；

④当被加工材料为钛合金、不锈钢、合金钢时，孔径公差≥0.05mm，叠层厚度＞25mm，孔径＞16mm时，可采用钻铰+铰锪方式制孔；

⑤当孔径公差大于等于0.03mm且小于0.05mm，叠层厚度≤25mm，孔径≤12mm时，可采用一刀钻铰制孔；

⑥当孔径公差小于0.03mm，推荐使用自动进给钻制备铰前孔径，通过手工制孔方式完成终孔。

3.3工装的选用

从制孔工装设计上来说，膨胀夹头式工装其制孔不需要压紧钉及衬套等高精度标准件，且制孔时减少了工具的旋转锁紧，利用膨胀头实现一键锁死，具备稳定、快捷、可靠的优势。

结合膨胀夹头的工装结构，制作出可重组的模块式拉紧销，避免了专用定位销的复杂管理，提高了定位效率，节约了工装制造成本。针对不同钻模内径仅更换不同内径的销套配合通用工艺螺栓即可，可以直接固定在壁板反向拉紧的螺栓尾部，不需要对壁板拉紧螺栓进行拆除，操作更为方便。

4、结术语

通过对膨胀夹头式自动进给钻工具转速、进给量的选用、钻模板的结构、配套刀具等相关技术条件进行研究，实现了膨胀夹头式同心钻制孔单元的高效率制孔的翼盒全局化制孔应用，实现制孔、锪窝一体化制备，一刀加工至终孔，解决大多在制孔后仍需要用铰刀、锪窝钻进行补加工的现状，进一步提高制孔稳定性和制孔效率。同时摸索出了一条适合于翼盒表面精度孔钻铰锪一体的全局化制孔技术应用方案，相较于手工制孔，具有制孔质量高、稳定性好的特点，且具备物理防错的优势，相较于自动制孔设备制孔具有成本低、效率高的优点，为翼盒类部件装配的工业化批量生产开辟了成熟、可复制的技术路径。

参考文献

[1]韦学文.航空叠层材料变参数制孔工艺研究[D].南京航空航天大学.2019.

[2]崔耀鹏.客机平尾对接群孔加工质量分析及工艺优化[D].上海交通大学.2016.